抛物线浅拱面内弹性稳定性分析

对竖向均布荷载作用下固接抛物线浅拱进行了平面内稳定性分析. 利用虚功原理对浅拱建立了非线性平衡条件和非线性屈曲方程, 得到了均布荷载作用抛物线浅拱的反对称分岔失稳以及对称跃越失稳模式下的解析解以及区分不同失稳模式的拱的修正长细比临界值. 为了简化求解临界荷载的过程, 利用最小二乘原理得到了对称跃越失稳临界荷载的近似解. 通过有限元分析与理论解的对比验证了理论解的正确性. 最后给出了一种提高拱面内性能的索拱结构形式, 分析结果表明: 随着拱修正长细比的提高, 索对拱结构面内稳定性能提高的作用越明显.     

高坝下游水垫塘内淹没冲击射流实验

对高坝下游水垫塘内的淹没冲击射流进行了详细的分析 ,并在 1 :40 0的溪洛渡精细模型上利用热膜测速仪量测了中孔泄流工况下水垫塘内的水流结构 ,给出射流在水垫塘内的衰变规律 ,初步探讨了水垫塘的消能机理     

水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

针对水利水电工程施工水流控制过程中的工程技术问题及其仿真分析中存在的科学技术难题,通过分析施工导流系统动态、非线性的内外部结构,综合考虑主体建筑物、导流建筑物与水流控制三者间的复杂约束关系,建立复杂条件下施工导流系统的时空关系模型和施工导流过程的结构图仿真通用模型,提出了面向结构图的施工导流过程数值仿真方法和三维动态可视化仿真分析方法,并实现了集仿真建模、仿真计算和仿真可视化于一体的施工水流控制过程仿真与优化系统环境．工程实例应用表明,该方法建模过程便捷,仿真计算与数据可视化分析能有效地耦合,仿真与优化分析结果符合客观实际,为解决复杂条件下水利水电工程施工水流难以控制的问题提供了新的理论方法和技术手段．     

降雨入渗过程中土质边坡的固-液-气三相耦合分析

边坡降雨入渗过程伴随着地下水湿润锋面的推进、孔隙气体的迁移和土体的变形,涉及土体固-液-气三相耦合作用.以往对边坡在降雨入渗条件下的非饱和渗流过程及其对边坡稳定性的影响研究大多基于单相流（Richard方程）模型或水-气两相流模型,而较少从固-液-气三相耦合角度分析孔隙气体迁移和土体变形对降雨入渗过程和稳定性变化过程的影响.本文基于连续介质力学原理和混合体理论,建立了边坡土体固-液-气三相耦合数学模型和有限元数值模拟方法.采用Liakopoulos砂柱排水实验成果验证了耦合模型和计算程序的正确性,深入分析了气体边界条件对排水过程的显著影响.在此基础上,采用固-液-气三相耦合模型,研究了土质边坡在降雨入渗过程中的地下水渗流、气体迁移以及变形和稳定性演化过程,揭示了孔隙气体迁移过程和土体变形过程对边坡湿润锋面的推进以及稳定性变化的阻滞和延缓作用.研究成果对于暴雨诱发滑坡机理与防治研究具有一定参考价值.     

Vicsek模型的连通与同步

多个体系统的集体行为是复杂系统研究的重要切入点，而Vicsek模型是研究多个体系统的一个基本模型，它具备了复杂系统的一些关键特征，如动态行为、局部相互作用和变化的邻居关系等．该模型看起来简单，但模型中的非线性耦合关系使得问题的完整理论分析非常困难．Jadbabaie等人对模型中的线性化的角度更新方程进行了分析，并证明了如果由所有个体的位置形成的邻居图满足某种连通性条件时，系统最终会同步．该文引起了大量相关问题的后续研究，但一个未解决的关键问题是：系统究竟在什么条件下才具有这种连通性？文中将给出一个保证Vicsek模型同步的充分条件，该条件完全加在系统参数上．进一步，将通过反例说明当初始角度的范围为[0，2π）时，邻居图的连通性不再是动态Vicsek模型同步的充分条件，从而揭示了Vicsek模型与其线性化模型之间的根本差别．     

涌现计算: 从无序掌声到有序掌声的虚拟现实

以音乐厅自发同步掌声作为研究对象，建立了一个描述复杂多个体系统集体行为的非线性涌现模型．基于这个模型，开发了一个仅仅依靠局部相互作用的涌现计算实验平台，揭示了涌现行为的不确定性和多样性．通过对多人鼓掌过程数据的分析，发现了观众的掌声在从无序转向同步过程中存在一个明显的临界区域，并得到了掌声同步的基本判据：若耦合系数c1和c2满足条件0．02≤C2≤0．965c1＋0．018，则掌声能够实现同步．     

构造松软煤层钻孔多应力耦合分区失稳机理研究

构造松软煤层瓦斯抽采过程中,钻孔易发生形变、缩径及坍塌等失稳现象,从而造成钻孔及密封失效、抽采阻力增大和抽采瓦斯浓度偏低等问题。针对上述难题,基于原岩应力作用下松软煤层的力学性质及瓦斯赋存条件,分析瓦斯应力对钻孔失稳的动力效应,并通过理论及数值方法对巷道一次采动及钻孔二次采动过程中各采动因素对钻孔周围煤体弹塑性区应力峰值及范围的影响进行研究分析。结果显示:初始应力及采动半径的增大或内聚力及内摩擦角的降低均会不同程度造成应力峰值或弹塑性区域的增大,从而增加钻孔失稳的概率及范围。进而根据钻孔方向上不同应力耦合作用及采动弹塑性区域提出了钻孔分区失稳机理,对构造松软煤层钻孔密封及护孔具有重要指导意义。     

耦合多水动力过程的二维山坡产汇流数值模型及其在壤中流模拟中的应用

基于物理性水分运动方程的山坡产汇流数值模型是进行降雨产流机制和规律研究的重要工具,当前还缺乏耦合地表水、土壤水和地下水多水动力过程的、具有较高计算效率和稳定性的二维山坡产汇流数值模型．本研究耦合地表水流动的圣维南方程组、变饱和土壤水分运动的Richards方程,采用有限差分法,对边界条件进行了改进,建立了THRM模型,对实验山坡实测壤中流过程有很好的模拟效果,通过数值试验揭示了边界条件、网格大小、初始含水率等对计算稳定性和计算效果的影响规律,所建模型对于山坡产流研究有应用价值,分析结论对壤中流数值模拟有参考意义．     

沉箱式防波堤振动-滑移-提离摇摆耦合运动模型及动力设计方法

振动、滑移和提离摇摆是动力荷载作用下沉箱式防波堤的3种基本运动形式, 建立了沉箱式防波堤振动-滑移-提离摇摆耦合运动的动力模型和数值模拟方法, 对近破波冲击作用下沉箱式防波堤的运动过程进行了数值模拟, 计算了振动模型、振动-滑移运动模型、振动-提离摇摆运动模型和振动-滑移-提离摇摆耦合运动模型下沉箱的位移、转角、滑移力和倾覆力矩的响应时程, 研究了沉箱运动模型对防波堤运动特性和稳定性的影响, 分析了近破波冲击作用下允许沉箱式防波堤出现滑移和提离摇摆运动的动力设计概念的可行性.     

高混凝土坝气幕隔震控制的模拟分析理论与试验验证

针对高坝动力灾变过程控制这一核心科学问题,首次提出高坝气幕隔震控制的液-气-固三相耦合建模理论和数值实现方法,给出三相强耦合-热力学状态-材料-接触/非接触双重非线性的复杂动力学问题的理论描述和气幕隔震高坝工程的动力灾变关键效应的全过程数值模拟;给出刚性坝-平面波简化情况的解析解.完成了高305m锦屏拱坝的地震灾变过程控制与非控制的对比模拟,结果与振动台实验相互印证,基本相符.提出整体式气室和变厚度优化气幕,发展了高坝控制优化方法.首次完成大型振动台拱坝隔震的模型实验并满足基本动力相似准则,实验数据合理可信,并与模型坝的动力模拟结果基本符合,为模拟理论方法提供了实验验证.数值模型与物理模型相结合的试验表明,动水压力削减可达70%以上,坝体第一/第三主应力峰值降低20%～30%以上,有效地提高了高坝工程的整体抗震能力,表明气幕减震是高混凝土坝防震控制的优先发展方向.     

深部岩体传热机理的研究现状与进展

基于国内外深部工程普遍面临的高温状况,探讨了深部高温的形成机制与影响因素。围绕岩体导热性质研究、水热耦合迁移问题和工程环境对传热的影响三个方面阐述了深部岩体传热机理的研究现状,目前的研究成果主要体现在建立了深部工程的热交换理论体系、矿山地热学的理论体系和地下工程制冷降温系统的热力学基础。在总结分析的基础上,确立了深部岩体流固耦合传热问题的研究思路：开展深部工程区域的的渗流场监测和开展岩体的流固耦合传热实验和建立岩体在应力-渗流-温度耦合条件下的传热模型,揭示深部岩体的传热机理。     

地震荷载下露天矿边坡动力稳定性模拟分析

以某风积土边坡为研究对象,通过对模型进行简化,研究了静荷载和动荷载荷载作用引起风积土的边坡静力安全系数、边坡动力安全系数、屈服地震系数以及破坏类型和动力稳定性判别,探讨了该边坡在地震荷载作用下产生的动力稳定性问题.研究结果表明,地震荷载作用下此类边坡会因风积土液化而产生流滑破坏.应用 ADINA软件对此边坡在地震荷载作用情况下进行了模拟,获得了动荷载作用前后的位移与应力变化关系和此边坡的动力动力安全系数.据此判别出该边坡在 EICentro波动荷载作用下会因风积土液化而产生流滑破坏.该研究结果对风积土边坡的动力稳定研究具有重要的参考价值     

基于SPH的大坝泄流过程仿真分析

采用SPH方法,对溢流坝泄流过程进行了数值仿真.通过人工黏度、固壁边界处理、弱可压缩状态方程的使用,模拟了溢流坝泄流坝面水流演进、水舌空中变化、再入水过程,以及下游水垫塘涌浪变化过程.数值模拟结果和物理模型实验结果的对比分析表明,数值模拟得到的水面线、抛射距离、水舌入水深度与物理模型实验结果基本相符,说明基于SPH方法的数值模拟在一定程度上可以替代物理模型实验进行大坝泄流分析和优化设计.     

顺直河流沙纹动力演变过程的非线性理论

自然界顺直型河流中经常可以观察到各种各样的沙纹床面形态.针对这一典型床面形态,著名河流动力学家Yalin认为是由于局部扰动造成了底部层流失稳进而诱发沙纹的形成,即：局部扰动→层流失稳→沙纹形成,但Yalin对此未能给出理论解释.基于这种观点,本文构建了＂扰动共振三波与床面泥沙作用的非线性理论模型＂,采用摄动方法,分析顺直河流沙纹动力过程及演变规律,解释了非对称沙纹床面形态的形成和发展.这一理论模型为进一步研究床面形态和湍流相互作用机理提供了理论基础,也为研究风成沙纹形成过程提供了一种流体力学理论.     

基于奇异熵定阶降噪的水工结构振动模态ERA识别方法

针对原型动力试验激励难的问题,结合水工结构在工作状态下环境激励荷载的特点,直接根据水工结构在工作环境激励荷载作用下的动力响应识别结构的动力特性,提出一种利用特征矩阵奇异熵对信号进行降噪、重构、定阶以及模态参数识别的方法,解决了系统特征矩阵定阶难的问题,揭示了结构在工作状态下的模态阶次及模态特性。最后将该方法应用于二滩拱坝在不同泄洪工况下的模态参数识别以及李家峡双排机厂房在停机过程中的结构振动频率识别。该方法的提出,为解决大型水工结构在工作环境激励下的模态参数识别问题提供了捷径。     

砂岩型铀矿CO2+O2地浸采铀的反应运移数值模拟

CO₂+O₂地浸采铀工艺是我国第三代铀矿采冶的代表性技术, 研究CO₂+O₂溶浸过程中水动力场-化学场的耦合机制是模拟预测铀动态浸出过程的关键. 本文以钱家店砂岩型铀矿床为研究对象, 构建了适用于北方砂岩型铀矿CO₂+O₂溶浸过程的热力学数据库, 并考虑在氧气O₂(aq)和重碳酸根HCO₃共同作用下的铀溶解动力学反应过程, 基于TOUGHREACT模拟框架建立了CO₂+O₂地浸采铀的反应运移数值模型, 模拟了地浸采铀过程中的水动力演化、溶浸液-岩石相互作用及铀矿浸出动力学过程. 同时, 基于参数敏感性分析定量比较了模型参数对浸铀效果影响的重要性程度. 结果表明, 模型能再现溶浸过程中抽注单元内流体动力演化和铀的动态浸出过程, 参数敏感性分析结果揭示矿层中初始铀矿的体积分数(品位)及注入氧气的浓度是铀浸出浓度的主要控制因素. 本研究可为开展采区尺度CO₂     

基体开裂对黏弹性层合圆柱壳延迟失稳的影响

研究了基体蠕变开裂对黏弹性层合圆柱壳的前屈曲变形特征和分岔蠕变屈曲的影响．采用Schapery的耦合基体开裂的积分型本构关系描述铺设单层的力学行为，由细观力学方法将损伤变量值与基体裂纹密度相关联，并建立基体裂纹密度演化与拉伸应力的幂型关系．基于Donnell型扁壳理论和Karman．Donnell几何非线性关系得到黏弹性层合圆柱壳在轴向压缩下的前屈曲变形与分岔屈曲控制方程，综合应用有限差分、三角级数展开以及Taylor的卷积积分数值递规算法求解问题．针对多组几何参数、损伤演化参数以及两端边界条件，分析对称铺设玻璃纤维／环氧复合材料圆柱壳在耦合基体蠕变开裂时的分岔蠕变屈曲行为．数值结果表明：基体横向开裂损伤显著降低了短圆柱壳分岔蠕变失稳的临界时间和持久临界荷载，但这种影响随着圆柱壳径厚比的增加而减弱直至消失，对中长圆柱壳，损伤效应与圆柱壳两端的边界条件有关．     

复杂灾害系统风险综合评价的非线性信息动力学模型

自然灾害系统是一个极其复杂的巨系统,它的发生、演化都具有相当复杂的非线性特征.为了从系统演化的角度来研究复杂灾害系统风险综合评价问题,在建模的过程中引入非线性信息动力学模型——最大流原理,以反映复杂灾害系统风险等级的各个指标所构成的系统为研究对象,基于非平衡统计力学方法建立系统随机演化方程,通过给各指标赋予合理的权值使系统趋于稳定,从而实现对复杂灾害系统风险的综合评价.新模型揭示出复杂灾害系统风险耦合的形成模式和演化动力学规律,并结合自组织特征映射网络算法实现对该模型进行数值仿真模拟.最后应用该方法进行中国大陆31个省、直辖市和自治区复杂灾害系统风险综合评价,分析结果验证了该方法的有效性.     

鸟翼空气动力学机理的研究现状和进展综述

首先,本文力图比较客观全面地回顾、总结和分析影响鸟翼气动特性的四种因素间单独与耦合效应的空气动力学机理研究的现状和存在的问题.其次,在分析和研究现有成果的基础上,根据计算和实验手段等的进步与限制,提出了需要进一步研究的问题、策略和方法.文中涉及的四种主要因素包括鸟翼静态几何外形、四种宏观扑动方式、翼的展弦向动态柔性变形和最近比较受关注的三种小尺度流动控制结构等.文中所讨论的通过力系和涡系分析,在充分考虑翼的静态几何外形、宏观扑动形式及翼的动态柔性变形影响的条件下,进一步揭示三种小尺度流动控制结构单独的气动机理和作用的策略和方法,以及探索这四种因素相互耦合条件下,自然界鸟翼的气动机理和作用的策略和方法,具有一定的理论价值.本文的观点、方法和结论对提高仿生飞行器具有参考意义.     

掘进机截割部刚柔耦合动力学建模与仿真研究

将大位移运动与小变形刚-柔耦合体动力学的建模理论应用于掘进机截割部的动态特性研究,利用ANSYS把截割部的截割主轴和截割套筒生成模态中性文件,导入ADAMS中建立刚柔耦合虚拟样机并进行运动学和动力学仿真,研究柔性体对截割部的影响。通过与刚性体模型仿真结果对比,揭示了工作装置中柔性体与刚性体耦合时的运动学、动力学特性。仿真结果表明柔性耦合模型更加符合实际情况。